車(chē)輛狀態(tài)和路面附著系數(shù)的非線性估計(jì)方法研究.pdf

1、車(chē)輛行駛安全問(wèn)題已成為全球性的社會(huì)問(wèn)題。車(chē)輛主動(dòng)安全控制系統(tǒng)可有效提高車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性，避免交通事故的發(fā)生，但這些系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)依賴于準(zhǔn)確的縱向和橫向車(chē)速等狀態(tài)信息以及輪胎摩擦力和路面附著系數(shù)。目前，上述未知參變量在實(shí)際車(chē)輛中很難直接測(cè)量，因此，其估計(jì)問(wèn)題近年來(lái)得到了國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者的廣泛關(guān)注，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　本文基于非線性車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型，研究了車(chē)輛狀態(tài)(包括縱向車(chē)速、橫向車(chē)速和橫擺角速度)、輪胎摩擦力和路面附著

2、系數(shù)的非線性估計(jì)問(wèn)題。為了使研究工作具有系統(tǒng)性和完整性，本文首先建立了車(chē)輛的非線性動(dòng)力學(xué)模型，隨后對(duì)車(chē)輛狀態(tài)的估計(jì)按路面平坦且附著系數(shù)已知、路面不平且附著系數(shù)未知以及路面不平但附著系數(shù)已知三個(gè)方面展開(kāi)，分別探討了保證穩(wěn)定性的非線性估計(jì)方法，并檢驗(yàn)了方法的有效性。最后，本文還對(duì)縱向和橫向車(chē)速以及路面附著系數(shù)的聯(lián)合估計(jì)問(wèn)題進(jìn)行了討論，提出了一種有效的非線性估計(jì)方法。此外，上述方法都可以同時(shí)對(duì)輪胎摩擦力進(jìn)行估計(jì)。
　　建立車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型

3、是估計(jì)方法研究的基礎(chǔ)。第2章建立的非線性車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型不但考慮了車(chē)輛的縱向、橫向和橫擺運(yùn)動(dòng)，還考慮了車(chē)輛行駛過(guò)程中的輪胎垂直載荷轉(zhuǎn)移、輪胎縱向和橫向摩擦力的耦合及其飽和特性等因素的影響，是一個(gè)相對(duì)較為完備的車(chē)輛模型，且便于分析和計(jì)算。最后通過(guò)對(duì)輪胎模型的仿真分析以及對(duì)車(chē)輛模型的實(shí)車(chē)試驗(yàn)檢驗(yàn)了模型的精度和有效性。
　　針對(duì)車(chē)輛模型的非線性動(dòng)態(tài)特性，第3章提出了一種車(chē)輛狀態(tài)的非線性觀測(cè)器設(shè)計(jì)方法，能夠有效解決路面平坦且附著系數(shù)已知情況

4、下的車(chē)輛狀態(tài)估計(jì)問(wèn)題?；贚yapunov穩(wěn)定性分析方法給出了觀測(cè)器收斂的充分條件，并借助輸入到狀態(tài)穩(wěn)定性(ISS)理論研究了系統(tǒng)存在加性擾動(dòng)時(shí)觀測(cè)器誤差方程的穩(wěn)定性。最后在理論分析所得結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用討論了觀測(cè)器增益的選取，并基于高精度車(chē)輛動(dòng)力學(xué)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)和實(shí)車(chē)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)與其它估計(jì)方法在不同路面條件下多種駕駛工況的對(duì)比研究，檢驗(yàn)了所提方法的有效性。
　　考慮到不平路面坡度和傾斜角的影響以及路面附著系數(shù)未知的情況，

5、第4章提出了一種適應(yīng)路面角度和附著系數(shù)的車(chē)輛狀態(tài)非線性估計(jì)方法。該方法通過(guò)對(duì)輪胎縱向摩擦力的在線實(shí)時(shí)估計(jì)，并將路面角度引起的加速度測(cè)量偏差描述為系統(tǒng)的未知輸入，隨后基于滑模未知輸入重構(gòu)技術(shù)設(shè)計(jì)車(chē)輛狀態(tài)觀測(cè)器，從而在
　　不需要預(yù)知路面附著系數(shù)的情況下實(shí)現(xiàn)了對(duì)車(chē)輛狀態(tài)和路面角度的同時(shí)估計(jì)，且所提估計(jì)方法能夠從理論上保證穩(wěn)定性。如果路面附著系數(shù)已知，則上述方法可簡(jiǎn)化為僅適應(yīng)路面角度的車(chē)輛狀態(tài)估計(jì)方法。最后通過(guò)仿真和試驗(yàn)研究以及與第3章

6、方法的對(duì)比分析檢驗(yàn)了所提方法的有效性。
　　為了準(zhǔn)確識(shí)別當(dāng)前的路面附著系數(shù)，并考慮到該參數(shù)與車(chē)輛縱向和橫向運(yùn)動(dòng)的非線性動(dòng)態(tài)特性密切相關(guān)，第5章基于滾動(dòng)時(shí)域估計(jì)策略提出了一種縱向和橫向車(chē)速以及路面附著系數(shù)的非線性估計(jì)方法，并分析了估計(jì)方法的穩(wěn)定性。該方法考慮了由路面不平度引起的系統(tǒng)擾動(dòng)的影響，并能夠?qū)⒙访娓街禂?shù)和系統(tǒng)擾動(dòng)的約束顯式表達(dá)在優(yōu)化問(wèn)題中，通過(guò)滾動(dòng)優(yōu)化動(dòng)態(tài)滿足，從而提高了估計(jì)結(jié)果的精度和合理性。對(duì)該方法的仿真和試驗(yàn)檢驗(yàn)結(jié)果